LED設(shè)計十大經(jīng)典問答

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2013-10-14

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近年來，LED制造工藝的不斷進(jìn)步和新材料(氮化物晶體和熒光粉)的開發(fā)和應(yīng)用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進(jìn)展，其發(fā)光效率提高了近1000倍，色度方面已實現(xiàn)了可見光波段的所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現(xiàn)，恒光電器,照亮您的生活，使LED應(yīng)用領(lǐng)域跨越至高效率照明光源市場成為可能。

通過十多年對LED設(shè)計的潛心研究和學(xué)習(xí)。本人收集了LED應(yīng)用設(shè)計中一些經(jīng)典性的基礎(chǔ)問題分享給大家。其中涉及到內(nèi)容有單個LED的流明效率與用LED作光源構(gòu)成的燈具的流明效率異同分析，LED的結(jié)溫原理及結(jié)溫升高會對LED產(chǎn)生的影響問題，靜電破壞的原理以及列舉一些類型的LED容易受靜電破壞導(dǎo)致失效，探討LED路燈防雷能用一個壓敏電阻的問題，解讀設(shè)計高品質(zhì)led驅(qū)動電路的方法和選擇和設(shè)計LED驅(qū)動電源時要考慮哪些因素等問題。

問：單個LED的流明效率與用LED作光源構(gòu)成的燈具的流明效率有什么異同?

答：針對某一個特定的LED，加上規(guī)定的正向偏置，如加上IF=20mA正向電流后(對應(yīng)的VF≈3.4V)，測得的輻射光通量Φ=1.2lm，則這個LED的流明效率為η=1.2lm×1000/3.4V×20mA=1200/68≈17.6lm/W。顯然，對單個LED，如施加的電功率Pe=VF×IF，那么在這個功率下測得的輻射光通量折算為每瓦的流明值即為單個LED的流明效率。

但是，作為一個燈具，不論LEDPN結(jié)上實際加上的功率VF×IF是多少，燈具的電功率總是燈具輸入端口送入的電功率，它包括電源部分(如穩(wěn)壓器、穩(wěn)流源、交流整流成直流電源部分等)所消耗的功率。燈具中，驅(qū)動電路的存在使它的流明效率比測試單個LED的流明效率要下降。電路損耗越大，流明效率越低，照明方案，因此，尋找一種高效率的LED驅(qū)動電路就顯得極為重要。

問：什么是LED的結(jié)溫?結(jié)溫升高會對LED造成什么影響?

答：LED基本結(jié)構(gòu)是一個半導(dǎo)體的PN結(jié)。當(dāng)電流流過LED器件時，PN結(jié)的溫度將上升，嚴(yán)格意義上說，就把PN結(jié)區(qū)的溫度定義為LED的結(jié)溫。通常由于器件芯片均具有很小的尺寸，因此我們也可把led芯片的溫度視之為結(jié)溫。

當(dāng)PN結(jié)的溫度(例如環(huán)境溫度)升高時，PN結(jié)內(nèi)部的雜質(zhì)電離加快，本征激發(fā)加速。當(dāng)本征激發(fā)產(chǎn)生的復(fù)合載流子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過雜質(zhì)濃度時，本征載流子的數(shù)量增大的影響較之遷移率減小的半導(dǎo)體電阻率變化的影響更為嚴(yán)重，導(dǎo)致內(nèi)量子效率下降，溫度升高又導(dǎo)致電阻率下降，使同樣IF下，VF降低。如果不用恒流源驅(qū)動LED，則VF降將促使IF指數(shù)式增加，這個過程將使LEDPN結(jié)上溫升更加快，最終溫升超過最大結(jié)溫，導(dǎo)致LEDPN結(jié)失效,這是一個正反饋的惡性過程。

PN結(jié)上溫度升高，使半導(dǎo)體PN結(jié)中處于激發(fā)態(tài)的電子/空穴復(fù)合時從高能級向低能級躍遷時發(fā)射出光子的過程發(fā)生退化。這是由于PN結(jié)上溫度升高時，口碑，半導(dǎo)體晶格的振幅增大，使振動的能量也發(fā)生增加，當(dāng)它超過一定值時，電子/空穴從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時會與晶格原子(或離子)交換能量，于是成為無光子輻射的躍遷，LED的光學(xué)性能退化。

另外，PN結(jié)上溫度升高還會引起雜質(zhì)半導(dǎo)體中電離雜質(zhì)離子所形成的晶格場使離子能級裂變，能級分裂受PN結(jié)溫度的影響，這就意味著由于溫度影響晶格振動，使其晶格場的對稱性發(fā)生變化，LED照明工程，從而引起能級分裂，導(dǎo)致電子躍遷時產(chǎn)生的光譜發(fā)生變化，LED照明工程，這就是LED發(fā)光波長隨PN結(jié)溫升而變化的原因。

綜上所述，LENPN結(jié)上的溫升會引起它的電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性能的變化，過高的溫升還會引起LED封裝材料(例如環(huán)氧、熒光粉等)物理性能的變化，恒光電器,照亮您的生活，嚴(yán)重時會導(dǎo)致LED失效，所以降低PN結(jié)溫升，是應(yīng)用LED的重要關(guān)鍵所在。